Neue Technik zur Bestimmung von Windparametern

Die Windenergie zählt zu den wichtigsten alternativen Energieformen. Um den Wind optimal auszunutzen, ist die Effizienz der Windenergieanlagen natürlich von besonderer Bedeutung. Messungen der erzeugten Leistung in Abhängigkeit vom vorherrschenden Wind sind für die neuen größeren Anlagen nach der herkömmlichen Methode kaum oder nur mit hohem Aufwand möglich. Wissenschaftler des Stiftungslehrstuhls Windenergie (SWE) der Uni Stuttgart entwickeln nun gemeinsam mit Forschern der Uni Oldenburg und weiteren Projektpartnern die LIDAR-Technologie (Light Detection and Ranging). Dieses laser-optische Messverfahren ermöglicht es, das gesamte räumliche Windfeld mit den vorkommenden Turbulenzen und Scherungen in Bezug zur erzeugten Leistung zu setzen. Die LIDAR-Technologie ist auch für größere und leistungsstärkere Windenergieanlagen von bis zu sechs Megawatt Nennleistung, wie sie unter anderem bei Offshore-Windparks auf hoher See üblich sind, geeignet.

LIDAR nutzt den Laufzeitunterschied des an Aerosolen reflektierenden Laserstrahls zur Bestimmung von Windgeschwindigkeit und -richtung. Das am Projekt beteiligte Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) setzt diese Technologie seit einigen Jahren bei Untersuchungen der Atmosphäre oder der Bestimmung von Wirbelschleppen von Flugzeugen ein, so auch geschehen beim Airbus A 380. Ziel der Weiterentwicklung der LIDAR-Technologie ist ihr Einsatz als neuer Qualitätsmaßstab für zeitlich und räumlich hoch aufgelöste Windfeldmessungen. Unter der Leitung des SWE sollen LIDAR-Messverfahren für die Leistungskurvenmessung, sowie für die Windfeldmessung in der Einströmung und im Nachlauf von Windenergieanlagen entwickelt werden. Das Messgerät kann dabei entweder am Fuß oder im oberen Bereich der Anlage auf Höhe des Rotors eingesetzt werden. Die herkömmlichen punktuellen Messungen der Windgeschwindigkeit sind nur auf Nabenhöhe des Rotors mittels Anemo¬meter und aufwändigen Messmasten möglich.

Das Projekt dient als wichtige Vorarbeit für ein wissenschaftliches Begleitprogramm des Offshore-Testfelds Alpha Ventus, das als erster deutscher Windpark unter echten Off¬shore-Bedingungen 45 Kilometer nördlich der Insel Borkum im Herbst 2008 seinen Betrieb aufnimmt. Zur Zeit führen die Forscher umfangreiche LIDAR-Messungen an Land in Bremerhaven am Prototyp der fünf Megawatt Windenergieanlage des Kooperationspartners Multibrid Entwicklungsgesellschaft durch. Hier ist der SWE seit 2004 bei der Leistungs- und Lastmessung mit einem eigenen System und einem 102 Meter hohen Windmessmast beteiligt. Später folgen Messungen unter Offshore-Bedingungen auf der Forschungsplattform FINO1 in der Nordsee. Mit den so gewonnenen Erfahrungen optimieren die Forscher das LIDAR-Messverfahren, so dass es auf dem Testfeld Alpha Ventus effizient eingesetzt werden kann.

Die Ergebnisse des vom Bundesumweltministerium geförderten Verbundprojekts „Entwicklung von LIDAR-Windmessung für das Offshore-Testfeld“ sollen der gesamten Windenergiebranche zugänglich gemacht werden.